PREBIOPTICKÉ ZOBRAZENÍ GLIOMŮ POMOCÍ PET/CT S PODÁNÍM 18 F-FLUOROTHYMIDINU

Transkript

1 PREBIOPTICKÉ ZOBRAZENÍ GLIOMŮ POMOCÍ PET/CT S PODÁNÍM F-FLUOROTHYMIDINU PRE-BIOPTICAL IMAGING OF GLIOMAS USING PET/CT WITH APPLICATION OF F-FLUOROTHYMIDINE původní práce Jiří Ferda 1 Eva Ferdová 1 Karel Mařík 2 Jan Mraček 1 Ondřej Hes 3 1 Klinika zobrazovacích metod LF UK a FN, Plzeň 2 Oddělení neurochirurgie FN, Plzeň 3 Šiklův ústav patologické anatomie LF UK a FN, Plzeň Přijato: Korespondenční adresa: prim. doc. MUDr. Jiří Ferda, Ph.D. Klinika zobrazovacích metod LF UK a FN Alej Svobody 80, Plzeň ferda@fnplzen.cz Konflikt zájmů: Autoři neuvádějí žádný konflikt zájmů. Podpořeno projektem Ministerstva zdravotnictví ČR Koncepční rozvoj výzkumné instituce FN Plzeň. SOUHRN Ferda J, Ferdová E, Mařík K, Mraček J, Hes O. Prebioptické zobrazení gliomů pomocí PET/CT s podáním F-fluorothymidinu Cíl. Zhodnotit zkušenosti s prebioptickou diagnostikou proliferační aktivity gliomů pomocí PET/CT s podáním F-fluorothymidinu. Metoda. Byl zhodnocen soubor 21 mozkových nádorů (u nemocných v průměrném věku 50,3 let v rozpětí let), F-FLT-PET/CT bylo provedeno před stanovením patologicko-anatomické diagnózy. Byla porovnána úroveň akumulace F-FLT s proliferační aktivitou hodnocenou pomocí markeru Ki-67. Výsledky. Bylo dosaženo následujících výsledků přesnost (acuracy) 90,4 % (19/21), senzitivita 90 % (9/10), specificita 90,9 (10/11), pozitivní prediktivní hodnota 90 % (9/10) a negativní prediktivní hodnota 90,9 % (10/11). Závěr. F-FLT-PET/CT je vysoce spolehlivý test při prebioptickém hodnocení proliferační aktivity gliomů, vede k lepšímu cílení biopsie a k časnému nalezení maligního zvratu gliomů. Klíčová slova: F-FLT, PET/CT, proliferační aktivita, gliom. SUMMARY Ferda J, Ferdová E, Mařík K, Mraček J, Hes O. Pre-bioptical imaging of gliomas using PET/CT with application of F-fluorothymidine Aim. To evaluate a value of the proliferation activity assessment in gliomas using PET/ CT with the application of F-fluorothymidine. Method. The sample of 21 tumors was analyzed (in patients with mean age 50.3, range years), F-FLT-PET/CT was performed before confirmation of the histological diagnosis, and the level of F-FLT accumulation was compared with the assessment of proliferation activity using immunohistochemistry evaluation of Ki-67. Results. Following results were reached accuracy 90.4% (19/21), sensitivity 90% (9/10), specificity 90.9 (10/11), positive predictive value 90% (9/10) and negative predictive value 90.9% (10/11). Conclusion. F-FLT-PET/CT is the valuable test to estimate the proliferation activity of gliom before biopsy, could leads to better targeting biopsy and early detection of malignant turnover of glioma. Key words: F-FLT, PET/CT, proliferation activity, glioma. strana 19

2 ÚVOD Úspěch léčby gliových nádorů mozku stále závisí především na biologickém chování vlastní nádorové tkáně. Nejdůležitějšími faktory jsou proliferační aktivita a způsob růstu nádoru, ale také jeho uložení v mozkové tkáni a vztah k funkčním centrům mozku. Stanovení proliferační aktivity u nádorů se provádí z bioptického vzorku, který je získán z peroperačního odběru tkáně nebo při stereotaktické biopsii. Protože je známá výrazná heterogenita nádorové populace u mozkových gliových nádorů, je stěžejní odebrání reprezentativní tkáně tak, aby byla zachycena ta, jež má nejvyšší proliferační aktivitu. Cílem sdělení je porovnat výsledky hodnocení proliferační aktivity stanovené na základě akumulace F-fluorothymidinu ( F-FLT) v nádorové tkáni s těmi, které byly získány imunohistochemickým vyšetřením bioptického vzorku patologickým anatomem. METODIKA Byl zhodnocen soubor 21 mozkových nádorů, jež byly vyšetřeny pomocí F-FLT-PET/CT před stanovením patologicko- -anatomické diagnózy. Šlo o 13 mužů a osm žen s průměrným věkem 50,3 let v rozpětí let. Vyšetření byla indikována před plánovaných chirurgickým výkonem kvůli zpřesnění předoperačního zobrazení ve smyslu stanovení biologické aktivity nebo rozsahu onemocnění. Všechna vyšetření byla provedena na základě získaného informovaného souhlasu. U všech nádorů byla stanovena patologicko-anatomická diagnóza na základě histologického hodnocení včetně imunohistochemického hodnocení proliferační aktivity markerem Ki-67. Byl proveden odběr vzorku tkáně buď během resekčního výkonu nádoru mozku, nebo stereotaktickou biopsií. Všechna vyšetření byla prováděna pomocí hybridního systému PET/CT Biograph 16 (Siemens, Erlangen/Knoxville, Německo/USA) protokolem, který obsahoval emisní PET akvizici dat s vysokým rozlišením, které předcházela akvizice dat CT především ke korekci atenuace, ale také k topografickému zobrazení. Detaily akvizičního protokolu a rekonstrukce dat PET i CT jsou uvedeny v tabulce 1. Vyšetření předcházela kanylace flexibilní plastovou kanylou, kterou byla aplikováno radiofarmakum F-FLT (Radiomedic, Husinec-Řež, Česká republika) o aktivitě 150 MBq, vlastní zobrazení bylo provedeno již v prvních 10 minutách po aplikaci F-FLT. Pokud nebyla zaznamenána v časném stadiu akumulace F-FLT v ložisku podezřelém z tumoru, byl doplněn další emisní sken po 45 od intravenózní aplikace radiofarmaka. Hodnocení bylo provedeno pomocí fúze CT a PET obrazů, byla posouzena akumulace radiofarmaka v nádorovém ložisku prostřednictvím maxima standardizovaných jednotek akumulace (Standartized uptake values SUV max ). Nálezy byly porovnány s výsledky bioptického vyšetření hodnoceného specialistou v neuropatologii. VÝSLEDKY Tab. 1. Akviziční protokol Table 1. Acquisition protocol Rekonstrukce dat CT Akvizice dat CT diagnostické pro korekci obrazy 120 kv Eff.mAs 320 kolimace 16 0,75 mm Kernel H10s very smooth šíře obrazu 3 mm rekonstrukční increment 2,0 mm Kernel H31s medium smooth + šíře obrazu 2,0 mm rekonstrukční increment 1,0 mm rotační čas 1,0 s FoV 300 mm FoV 250 mm kraniokaudální směr skenování 60 jódové k.l s koncentrací 350 mgi/ml i.v. zpoždění skenu 35 s Akvizice a rekonstrukce PET FoV 160 mm time per bed 15 min zoom 2,0 matrice Iterace 8, Subset 16 filtr Gaussian post-processing MedDynamic Filter FWHM 2.0 mm Scatter correction ON Hodnocená skupina vyšetření měla rovnoměrně zastoupené vysokostupňové a nízkostupňové nádory u jedenácti nemocných bylo nádorové ložisko biopticky hodnoceno jako vysokostupňový gliový nádor, u deseti nemocných jako nízkostupňový. V souboru byly zachyceny celkem čtyři nádory hodnocené patologem jako grade 4, tedy glioblastoma multiforme, ve třech případech se jednalo o anaplastický astrocytom grade 3, v jednom případě o anaplastický smíšený nádor typu oligoastrocytomu a ve třech případech šlo o nádory původně nízkostupňové grade 2 fibrilární astrocytom nebo gemistocytární astrocytom s ložiskovitou transformací v anaplastický astrocytom grade 3. Mezi těmito nádory bylo zachyceno celkem deset nádorů, u nichž byla patrná zvýšená akumulace F-FLT. Průměrná hodnota SUV max byla u vysokostupňových nádorů 2,1 v rozmezí 1,5 2,8 SUV max. Pouze v jediném nádoru, již hodnoceném jako fibrilární astrocytom s přechodem v anaplastický astrocytom grade 3, byla akumulace F-FLT zcela minimální jak v časné, tak i pozdní fázi z hlediska detekce vysokostupňového gliom šlo o případ hodnocený v analýze jako falešně negativní. U deseti nemocných byly hodnoceny nádory jako nízkostupňové v sedmi případech se jednalo o fibrilární astrocytom, ve dvou případech šlo o oligoastrocytom grade 2 a jednou o oligodendrogliom. V celkem devíti případech se jednalo o nádory bez akumulace F-FLT, a to jak v časné, tak i v pozdní fázi akvizice dat PET. Pouze u jediného nemocného byla zachycena vysoká akumulace F-FLT dosahující hodnoty 2,2 SUV max, patolog nachází v biopsii fibrilární astrocytom s lymfocytární infiltrací, bez známek zvýšeného počtu mitóz, ani při zpětném zhodnocení histologie nebylo možné nádor klasifikovat jako vysokostupňový. K pokusu o přehodnocení histologického nálezu vedla otázka, proč nemocný umírá na progresi tumoru do 1 měsíce od stanovení diagnózy a z důvodu nálezu vysoké akumulace F-FLT. Tento případ byl hodnocen jako falešně pozitivní, i když dle klinického vývoje mohlo jít o stereotaktický odběr z místa s nižší proliferační aktivitou. Při stanovení spolehlivosti F-FLT-PE/CT v hodnocení proliferační aktivity pomocí F-FLT ve srovnání s imunohistochemickým barvením markerem Ki-67 bylo dosaženo strana 20

3 Obr. 1A Obr. 1B Obr. 1C Obr. 1. Fibrilární astrocytom G2 vlevo frontálně. A CT; B PET/CT; C PET Fig. 1. Fibrilary astrocytoma G2 left frontal. A CT; B PET/CT; C PET Obr. 2A Obr. 2B Obr. 2C Obr. 2D Obr. 2E Obr. 2F Obr. 2. Anaplastický astrocytom G3 vpravo frontálně. A CT; B PET/CT; C PET; D histologie, barvení hematoxylin-eosin část tumoru grade 2; E histologie, barvení hematoxylin-eosin část tumoru grade 3; F histologie, imunohistochemie Ki-67 část tumoru grade 3 se zvýšeným proliferačním indexem Fig. 2. Anaplastic astrocytoma G3 right frontal. A CT; B PET/CT; C PET; D histology gross, staining with hematoxyline-eosine tumorous tissue grade 2; E histology gross, staining with hematoxyline-eosine tumorous tissue grade 3; F histology gross, immunochemistry with proliferation marker Ki-67 tumorous tissue grade 3 with increased proliferation rate následujících výsledků přesnost (acuracy) 90,4% (19/21), senzitivita 90% (9/10), specificita 90,9 (10/11), pozitivní prediktivní hodnota 90% (9/10) a negativní prediktivní hodnota 90,9% (10/11). Jedná se o vyrovnané výsledky ukazující na značnou spolehlivost testu. Pokud by ovšem byly současně zhodnoceny i výsledky interpretace nálezu ve vztahu nejen k histopatologické diagnóze, ale i ke klinickému vývoji i s přihlédnutím k hodnocení pomocí magnetické rezonance. Tedy reálné hodnocení v neuroonkologickém týmu, pak byly správně zařazeny i diagnózy strana 21

4 Obr. 3A Obr. 3B Obr. 3C Obr. 3. Glioblastoma multiforme G4 vlevo frontálně. A CT; B PET/CT; C PET Fig. 3. Glioblastoma multiforme G4 left frontal. A CT; B PET/CT; C PET Obr. 4A Obr. 4B Obr. 4C Obr. 4. Multifokální glioblastoma multiforme Fig. 4. Multifocal glioblastoma multiforme u pacientů s falešně pozitivním i falešně negativním PET obrazem. Byť se to zdá nepravděpodobné, ale mezi 21 nemocnými jsme nezaznamenali jedinou chybnou diagnózu z hlediska interpretace nálezu. Tento výsledek ukazuje na velmi významnou úlohu syntézy multimodalitního zobrazení. DISKUSE F-FLT je syntetická látka, která je odvozena od molekuly fluorothymidinu, známé od šedesátých let 20. století (1, 2) jako látka, jíž je možné zablokovat syntézu deoxyribonukleové kyseliny (DNA). F-FLT je látkou, která jako radiofarmakum vzbuzuje již po léta veliké naděje v monitorování proliferační aktivity tkání in vivo. Vícečetné práce ukázaly na jeho význam při prebioptickém hodnocení proliferační aktivity nádorů mozku, resp. nádorů gliové řady (3 5). F-FLT je v buňkách fosforylován thymidinkinázou 1 (TK-1), klíčovým enzymem syntézy DNA. Jelikož F-FLT-fosfát již nemůže vstoupit dále do finální inkorporace do řetězce DNA, hromadí se v buňce. Analytické studie ukázaly, že jen skutečně stopové množství F-FLT je přítomno v konečném vlákně DNA. Hodnocení proliferační aktivity tedy rychlosti syntézy DNA se děje na základě hromadění nepoužitelného intermediálního produktu v cytosolu buněk. V mozkové tkáni hraje při zobrazení pomocí F-FLT zásadní roli ten fakt, že TK-1 je aktivní jen v buňkách v syntetické (S) fázi buněčného cyklu a její aktivita je poměrná k rychlosti výstavby DNA. Jelikož mozková tkáň obsahuje především buňky nacházející se v klidové G 0 fázi buněčného cyklu a u těchto buněk je aktivita TK-1 potlačena, nedochází v těchto tkáních po nitrožilním podání F-FLT k jeho akumulaci. Kromě jevu, že F-FLT se akumuluje pouze v aktivně se dělících buňkách, je v diagnostice nádorů mozku velmi podstatný i jev druhý F-FLT prochází v časné fázi do mozkové tkáně jen v případě, že je narušena hematoencefalická bariéra (HEB). Porušení HEB je jedním ze základních atributů vysokostupňových nádorů, u nichž právě její narušení je jednou z prvních známek strana 22

5 up-gradingu. V pozdější době již po 10 minutách začínají játra konjugovat F-FLT na F-FLT-glukuronát, který již HEB proniká. V poslední době se objevují i kvantitativní analýzy korelující dynamické konstanty transferu F-FLT do tkáně s aktivitou i dalších enzymů, především aktivitou přenašeče nukleotidů (6). Nové poznatky se týkají právě příčinné souvislosti zvýšení akumulace F-FLT s vysokou expresí genu pro přenašeč ENT1, diskutovány jsou konsekvence aktivity nukleosidového přenašeče a následné aktivace systému TK-1. Většina publikací využívá v diagnostice mozkových nádorů komplikované hodnocení dynamické akvizice PET dat, kdy je hodnocen influx radiofarmaka, a hodnoceny tedy kinetické parametry výměny látek mezi plazmou a tkání (3, 4). Na našem pracovišti jsme zjednodušili akviziční režim na provedení doplňujícího pozdního PET, kdy by se již mohla uplatnit konjugovaná frakce F-FLT při zobrazení akcelerované proliferační aktivity při zachované funkci F-FLT. Jelikož jsme však nezaznamenali žádné nové informace u v časné době neakumulujícíh nádorů, zdá se, že časná jednorázová akvizice je postačující. Umožňuje navíc větší flexibilitu při organizaci práce PET/CT pracoviště. Při porovnání s výsledky uvedených studií jsou naše výsledky srovnatelné s nimi, dosažená maximální akumulace je podobná. Stejně jako spolehlivost i ojedinělé falešně pozitivní nebo falešně negativní nálezy. Naše studie se liší od ostatních především zjednodušenou metodikou akvizice PET dat a dále rovnoměrným zastoupením nízkostupňových a vysokostupňových gliomů. U většiny studií je totiž i 80% převaha vysokostupňových nádorů. Rozdíl v zastoupení grade 2 nádorů je v naší studii dán především tím, že F-FLT-PET/CT je prováděno výběrově u nádorů se spíše nejasným rozsahem nebo nejistou proliferační aktivitou. U nádorů jednoznačně svědčících pro vysokostupňový gliom z MRI tato vyšetření neprovádíme. Je zde nutné podotknout, že zcela mimořádný význam má komplexní hodnocení nálezů, kdy vysoká úroveň aktivních zkušeností s hodnocením nádorů mozku magnetickou rezonancí umožňuje směřovat k F-FLT-PET/CT ty nádory, u nichž je třeba získat další informace. Rutinně kombinujeme vyšetření F-FLT-PET/CT s magnetickou rezonancí včetně difuzního zobrazení, zobrazení tenzory difuze i spektroskopií. Nověji pak i s možností farmakodynamické analýzy. Akumulace F-FLT v nádorech je často výrazně heterogenní, nerovnoměrnost akumulace vyjadřuje intratumorální heterogenitu populace nádorových buněk (7, 8). Tato proměnlivost tkáně je dána intratumorální evolucí a ukazuje často na hierarchicky se měnící chování nádorových subpopulací. Nerovnoměrnosti v akumulaci F-FLT lze využít k přesnějšímu plánování biopsie nádoru, která dovoluje správně cílit biopsii na oblast s nejvyšší biologickou aktivitou proliferací. Cílení biopsie dle PET nálezu vede k záchytu většího počtu zvratů v anaplastické nádory. Časnější záchyt up-gradingu původně nízkostupňových nádorů vede ke zvýšení počtu přežití i ve skupině nádorů vysokostupňových. Vzácněji jsou jako jednotlivé publikovány nebo komentovány falešně pozitivní vysoké akumulace F-FLT v nízkostupňových nádorech mozku. V našem souboru jsme se setkali s jediným takovým případem, kdy klinický vývoj exitus letalit během jediného měsíce spíše potvrdil domněnku o nereprezentativnosti náběru. Na druhou stranu je třeba uvést, že aktivní úklidová reakce glie vykazuje jak histologické atributy tkáně s vysokou proliferací, tak i akumulací F-FLT. Vysoce akumulující reparativní změny po ischemickém iktu nebo ozáření byly již opakovaně dokumentovány. Vzhledem k tomu, že nádorová tkáň poměrně rychle reaguje na léčbu, která má pozitivní účinně, snížením proliferační aktivity, je možné F-FLT-PET/CT využít i k posouzení časné odpovědi na léčbu nebo na změny po operaci či ozáření. Jak již bylo výše uvedeno, i zde je možné se setkat s falešně pozitivními nálezy (9, 10). Při porovnání F-FLT s F-FDG se u F-FLT neuplatňuje maskování nálezů pozadí s vysokou akumulací F-FDG (11). PET/CT mozku s fluorodeoxyglukózou je na našem pracovišti využíváno pro nemocné s podezřením na sekundární metastatický rozsev do mozku se současným vyhledáváním nádoru nejasné lokalizace nebo u mozkových lymfomů. F-FDG je radiofarmakon využívané v diferenciální diagnostice poruch paměti nebo při hledání epileptogenních fokusů, ať již v iktální, nebo v interiktální periodě. ZÁVĚR F-FLT je vysoce spolehlivé radiofarmakum pro zobrazení proliferační aktivity nádorů mozku gliové řady již prebiopticky. V rutinní klinické praxi jde o indikaci před cílenou biopsií nebo při posouzení multifokality nádorového procesu. Pro zkvalitnění hodnocení nálezu je nezbytné mít vysokou míru zkušeností s komplexním hodnocením mozkových nádorů magnetickou rezonancí. Literatura 1. Langen P, Etzold G, Hintsche R, Kowollik G. 3 -Deoxy-3 -fluorothymidine, a new selective inhibitor of DNA-synthesis. Acta Biol Med Ger 1969; 23(6): Meisel H, Reimer K, von Janta-Lipinski M, Bärwolff D, Matthes E. Inhibition of hepatitis B virus DNA polymerase by 3 -fluorothymidine triphosphate and other modified nucleoside triphosphate analogs. J Med Virol 1990; 30(2): Choi SJ, Kim JS, Kim JH, et al. [F]3 - -deoxy-3 -fluorothymidine PET for the diagnosis and grading of brain tumors. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2005; 32(6): Jeong SY, Lim SM. Comparison of 3 -deoxy-3 -[F]fluorothymidine PET and O-(2-[F]fluoroethyl)-L-tyrosine PET in patients with newly diagnosed glioma. Nucl Med Biol 2012; 39(7): Idema AJ, Hoffmann AL, Boogaarts HD, et al. 3 -Deoxy-3 -F-fluorothymidine PET-derived proliferative volume strana 23

6 predicts overall survival in high-grade glioma patients. J Nucl Med 2012; 53(12): Shinomiya A, Miyake K, Okada M, et al. 3 -Deoxy-3 -[()F]-fluorothymidine ([()F]-FLT) transport in newly diagnosed glioma: correlation with nucleoside transporter expression, vascularization, and blood-brain barrier permeability. Brain Tumor Pathol 2013 [Epub ahead of print] PubMed PMID: Willaime JM, Turkheimer FE, Kenny LM, Aboagye EO. Quantification of intra-tumour cell proliferation heterogeneity using imaging descriptors of F fluorothymidine-positron emission tomography. Phys Med Biol 2013; 58(2): Axente M, He J, Bass CP, et al. Tumour microenvironment heterogeneity affects the perceived spatial concordance between the intratumoural patterns of cell proliferation and F-fluorothymidine uptake. Radiother Oncol 2012; 105(1): Schiepers C, Dahlbom M, Chen W, et al. Kinetics of 3 -deoxy-3 -F-fluorothymidine during treatment monitoring of recurrent high-grade glioma. J Nucl Med 2010; 51(5): Hong IK, Kim JH, Ra YS, Kwon do H, Oh SJ, Kim JS. Diagnostic usefulness of 3 -deoxy-3 -[F]fluorothymidine positron emission tomography in recurrent brain tumor. J Comput Assist Tomogr 2011; 35(6): Enslow MS, Zollinger LV, Morton KA, et al. Comparison of F-fluorodeoxyglucose and F-fluorothymidine PET in differentiating radiation necrosis from recurrent glioma. Clin Nucl Med 2012; 37(9): strana 24